Makineritë moderne kanë një dizajn mjaft kompleks. Sidoqoftë, parimi i funksionimit të sistemeve të tyre bazohet në përdorimin e mekanizmave të thjeshtë. Një prej tyre është leva. Çfarë përfaqëson nga pikëpamja e fizikës dhe gjithashtu, në çfarë gjendje është në ekuilibër leva? Ne do t'u përgjigjemi këtyre dhe pyetjeve të tjera në artikull.
Levë në fizikë
Të gjithë e kanë një ide të mirë se çfarë lloj mekanizmi është. Në fizikë, një levë është një strukturë e përbërë nga dy pjesë - një rreze dhe një mbështetje. Një rreze mund të jetë një tabelë, një shufër ose çdo objekt tjetër i fortë që ka një gjatësi të caktuar. Mbështetja, e vendosur nën rreze, është pika e ekuilibrit të mekanizmit. Siguron që leva të ketë një bosht rrotullimi, e ndan atë në dy krahë dhe parandalon që sistemi të ecë përpara në hapësirë.
Njerëzimi e ka përdorur levën që në lashtësi, kryesisht për të lehtësuar punën e ngritjes së ngarkesave të rënda. Megjithatë, ky mekanizëm ka një aplikim më të gjerë. Pra, mund të përdoret për t'i dhënë ngarkesës një impuls të madh. Një shembull kryesor i një aplikimi të tillëjanë katapulta mesjetare.
Forcat që veprojnë në levë
Për ta bërë më të lehtë marrjen në konsideratë të forcave që veprojnë në krahët e levës, merrni parasysh figurën e mëposhtme:
Ne shohim se ky mekanizëm ka krahë me gjatësi të ndryshme (dR<dF). Dy forca veprojnë në skajet e shpatullave, të cilat janë të drejtuara poshtë. Forca e jashtme F tenton të ngrejë ngarkesën R dhe të kryejë punë të dobishme. Ngarkesa R i reziston kësaj ngritjeje.
Në fakt, ekziston një forcë e tretë që vepron në këtë sistem - reagimi mbështetës. Megjithatë, ai nuk parandalon ose kontribuon në rrotullimin e levës rreth boshtit, ai vetëm siguron që i gjithë sistemi të mos ecë përpara.
Kështu, ekuilibri i levës përcaktohet nga raporti i vetëm dy forcave: F dhe R.
Gjendja e ekuilibrit të mekanizmit
Para se të shkruajmë formulën e ekuilibrit për një levë, le të shqyrtojmë një karakteristikë të rëndësishme fizike të lëvizjes rrotulluese - momentin e forcës. Kuptohet si prodhim i shpatullës d dhe forcës F:
M=dF.
Kjo formulë është e vlefshme kur forca F vepron pingul me krahun e levës. Vlera d përshkruan distancën nga pikëmbështetja (boshti i rrotullimit) deri në pikën e zbatimit të forcës F.
Duke kujtuar statikën, vërejmë se sistemi nuk do të rrotullohet rreth boshteve të tij nëse shuma e të gjitha momenteve të tij është e barabartë me zero. Me rastin e gjetjes së kësaj shume duhet të merret parasysh edhe shenja e momentit të forcës. Nëse forca në fjalë tenton të bëjë një kthesë në të kundërt të akrepave të orës, atëherë momenti që krijon do të jetë pozitiv. Përndryshe, kur llogaritni momentin e forcës, merreni me shenjë negative.
Duke zbatuar kushtin e mësipërm të ekuilibrit rrotullues për levën, marrim barazinë e mëposhtme:
dRR - dFF=0.
Duke e transformuar këtë barazi, mund ta shkruajmë kështu:
dR/dF=F/R.
Shprehja e fundit është formula e balancës së levës. Barazia thotë se: sa më e madhe të jetë leva dF në krahasim me dR, aq më pak forca F do të duhet të aplikohet për të balancuar ngarkesën R.
Formula për ekuilibrin e një levë e dhënë duke përdorur konceptin e momentit të forcës u përftua për herë të parë eksperimentalisht nga Arkimedi në shekullin III para Krishtit. e. Por ai e mori atë ekskluzivisht nga përvoja, pasi në atë kohë koncepti i momentit të forcës nuk ishte futur në fizikë.
Gjendja e shkruar e bilancit të levës bën të mundur gjithashtu të kuptojmë se pse ky mekanizëm i thjeshtë jep një fitore qoftë në rrugë, qoftë në forcë. Fakti është se kur ktheni krahët e levës, një distancë më e madhe kalon një distancë më të gjatë. Në të njëjtën kohë, një forcë më e vogël vepron mbi të sesa në një të shkurtër. Në këtë rast, ne marrim një fitim në forcë. Nëse parametrat e shpatullave mbeten të njëjta, dhe ngarkesa dhe forca janë të kundërta, atëherë do të keni një fitim gjatë rrugës.
Problemi i ekuilibrit
Gjatësia e traut të krahut është 2 metra. Mbështetjendodhet në një distancë prej 0,5 metrash nga skaji i majtë i rrezes. Dihet se leva është në ekuilibër dhe në shpatullën e saj të majtë vepron një forcë prej 150 N. Çfarë mase duhet vendosur në shpatullën e djathtë për të balancuar këtë forcë.
Për të zgjidhur këtë problem, ne zbatojmë rregullin e bilancit që u shkrua më lart, kemi:
dR/dF=F/R=>
1, 5/0, 5=150/R=>
R=50 N.
Kështu, pesha e ngarkesës duhet të jetë e barabartë me 50 N (të mos ngatërrohet me masën). Ne e përkthejmë këtë vlerë në masën përkatëse duke përdorur formulën për gravitetin, kemi:
m=R/g=50/9, 81=5,1 kg.
Një trup që peshon vetëm 5,1 kg do të balancojë një forcë prej 150 N (kjo vlerë korrespondon me peshën e një trupi që peshon 15,3 kg). Kjo tregon një rritje të trefishtë në forcë.
